在过去的十年里，钙钛矿引起了人们的关注，因为即使材料的晶体结构存在缺陷，它们也能起到半导体的作用。这使得钙钛矿变得特别，因为要使大多数其他半导体工作良好，需要严格和昂贵的制造技术来生产尽可能无缺陷的晶体。麦吉尔大学的研究小组在解开钙钛矿如何实现这一壮举的奥秘方面又向前迈进了一步，这相当于发现了一种新的物质状态。

“从历史上看，人们一直在使用完美晶体的大块半导体。现在，突然之间，这种不完美的软晶体开始用于半导体应用，从光伏到led，”麦吉尔大学化学系副教授、资深作者Patanjali Kambhampati解释说。“这是我们研究的起点:有缺陷的东西如何能以完美的方式工作?”

量子点，但不是我们所知道的

在5月26日发表的一篇论文中物理评论研究，研究人员揭示了一种被称为量子约束的现象发生在大块钙钛矿晶体中。到目前为止，量子约束只在几纳米大小的粒子中被观察到——平板电视的量子点就是一个被大肆吹嘘的例子。当粒子如此之小时，它们的物理尺寸限制了电子的运动，从而使粒子具有与相同材料的大块明显不同的特性——这些特性可以被微调以产生有用的效果，例如以精确的颜色发射光。

利用一种称为状态分辨泵浦/探针光谱的技术，研究人员已经证明，在大块的溴化铯铅钙钛矿晶体中也存在类似的约束。换句话说，他们的实验揭示了类似量子点的行为发生在比量子点大得多的钙钛矿块中。

惊人的结果导致意想不到的发现

这项工作建立在早期研究的基础上，该研究证实，钙钛矿虽然在肉眼看来是一种固体物质，但它具有某些通常与液体相关的特征。这种液固二象性的核心是一个原子晶格，它能够对自由电子的存在做出扭曲的反应。Kambhampati将其比作蹦床，可以吸收扔进其中心的岩石的冲击力。就像蹦床最终会使岩石静止一样，钙钛矿晶格的扭曲——一种被称为极化子形成的现象——被认为对电子有稳定作用。

虽然蹦床的类比表明，随着系统从激发态回到更稳定的状态，能量会逐渐耗散，但泵浦/探针光谱数据实际上揭示了相反的情况。令研究人员惊讶的是，他们的测量结果显示，极化子形成后，能量总体上有所增加。

Kambhampati说:“能量提高的事实显示了一种新的量子力学效应，量子约束就像量子点一样。”他解释说，在电子的大小尺度上，蹦床上的岩石是一个激子，电子处于激发态时与其留下的空间的束缚配对。

“极化子所做的是将所有东西限制在一个空间明确的区域内。我们小组能够证明的一件事是极化子与激子混合形成了看起来像量子点的东西。从某种意义上说，它就像一个液体量子点，我们称之为量子滴。我们希望探索这些量子滴的行为将有助于更好地理解如何设计耐缺陷光电材料。”